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深圳SMT加工厂贴装工艺质量检测与分析

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■ SMT贴装工艺过程质量检测与分析、控制
内容:包括印刷、贴片、焊接、清洗等贴装全过程各工序的质量检测方法、策略,以及贴装缺陷分析及其处理、贴装设备检测与工艺参数控制等。

■ 传统质量检测技术和改进后的质量检测技术
区别:“改进后的质量检测技术”在每一关键工序之后就进行相应的工序质量检测。
 
焊膏印刷质量主要质包括
焊膏、PCB、印刷机、刮刀、印刷环境、操作员、印刷参数、模板等

■ 焊膏主要性能参数
焊膏的黏度、金属含量、熔点、焊接温度、粉末大小。
焊膏的黏度:不同的涂敷方法选用不同黏度的焊膏。
影响焊膏黏度的主要因素:是焊膏的金属百分含量和焊料球尺寸的大小。
 
■ 焊膏的金属含量
金属成分一般包括:Sn(锡)、Pb(铅)、Au(金)、Ag(银)、In(铟)、Bi(铋)、Ni(镍)等。焊膏的主要成分是Sn,Pb。
无铅焊膏:以Sn、Ag、Cu(铜)为主。
 
 焊膏中太低的金属含量会使助焊剂含量相对增加,焊膏的黏度降低
导致焊接时焊点不饱满,从而出现少焊、开焊;焊接时会出现更多的空洞;焊点连接强度将大大降低;
在焊接时会出现更多的气泡,容易造成焊球和锡珠。
金属含量的降低,导致黏度下降,容易出现坍塌,增加桥接的发生。
 
■ 理想球形焊料粉末要求
其粉末直径应不大于模板开口尺寸的l/7,不大于点涂器喷嘴直径的l/10。
焊料粉末为球形的优点:比不规则形状的焊料粉末能有效地减小颗粒与外界的接触面积,从而可以有效地防止或减少焊膏的氧化,提高焊接时的润湿性能;有利于在焊膏印刷过程中的滚动效果从而填充模板开口。
 
■ 焊膏的印刷工艺参数
刮刀速度、压力、角度、硬度及其材质、脱模速度等。
刮刀分类:橡胶刮刀、金属刮刀、合金刮刀
橡胶刮刀:硬度相对较低。有“挖掘”现象、易磨损,橡胶刮刀的硬度:一般为(55~95)Hs,
金属刮刀:变形很小,对印刷的焊膏几乎没有影响。
合金刮刀:采用弹性合金做基底,硬金属做刀刃的合金刮刀。优点:具有金属刮刀和橡胶刮刀两者的优点,既具有金属刮刀的硬度又具有橡胶刮刀的柔顺性,能印刷出具有平坦表面的焊膏。
 
■ 焊膏印刷时的脱模速度
影响已印刷焊膏外形-印刷效果,时间过长,易在模板底部残留焊膏;时间过短,不利于焊膏的直立,影响其清晰度。引脚间距关系:间距越小,脱模速度相对也要较小。

■ 焊膏的厚度
受控于模板的厚度
焊膏厚度与引脚间距关系:①间距越大,印刷的厚度也应越大。0.3mm引脚间距--模板厚度一般为0.1mm--印刷焊膏的厚度则为0.09mm~0.1mm;0.5mm及以上引脚间距的器件--模板厚度为0.12mm、0.15mm--印刷厚度为0.11mm~0.15mm。模板最大厚度为0.15mm。
 
■ AOI技术特点(在焊膏质量检测方面)
 
■ 焊膏印刷缺陷
印刷偏移、焊膏量不足、焊膏量过多、印刷形状不良、污斑/底部印刷(Smearing/Under Printing)、坍塌等。

■ 印刷偏移主要原因:PCB焊盘和模板开口对位不准。
 
■ 焊膏量不足:主要原因是模板开口大小。
 
■ 焊膏量过多:主要原因是开口太大。
 
■ 焊膏形状不良:印刷焊膏的上下角部有延展或出现塌边等不良现象,严重时发生焊膏的渗溢与桥连。主要原因:焊膏特性。
 
■ 焊膏坍塌分为冷塌和热塌
冷塌:印刷之后的焊膏慢慢扩散至焊盘之外,由四方形变成弧形。
冷塌原因:焊膏低黏度(黏度是抵抗或阻止流动的一种量度 )
解决方法:测出防止坍塌的焊膏最低黏度、使焊膏在印刷过程中保持滚动的最大黏度,理想焊膏黏度介于这两个数值之间。
 
热塌现象:指印刷完好的焊膏在再流焊预热阶段发生的坍塌。
热塌的原因:与回流焊温度曲线、升温速率有关。
解决方法:控制好温升曲线及温升速度。
 
■ 影响贴片质量的关键因素:贴片力、贴片的速度/加速度、贴片机的贴片精度、元器件、焊膏与PCB。根据贴片头的对中原理,贴片头分为无对中爪贴片头和有对中爪贴片头两种。

■ 无对中爪贴片头:由于贴片头只有真空吸嘴,所以对元器件的机械损伤较小。有对中爪贴片头:在贴片头上装有机械对中爪,对元器件产生较大的夹持力,有可能造成尺寸较小或有引脚的元件的损坏。贴片速度/加速度既影响生产率又影响贴片质量;元器件越小,贴片的精度要求就越高。很小的旋转误差或平移误差就会使元器件贴偏甚至完全偏离焊盘。对于细间距元件,极小的旋转误差将可能使元件完全偏离而导致桥连。

■ 贴片精度:主要包括基板精度、基板定位精度、贴片头定位精度、元器件定位精度以及贴片头的重复定位精度。
 
■ 定位精度:指贴片机的实际贴片位置与设定位置的偏差
 
■ 重复定位精度:指贴装头重复地返回设定点的能力。
 
■ 贴片缺陷:元器件漏贴,元器件贴错,元器件极性贴反,没满足最小电气间隙,元器件贴偏。
 
■ 元器件漏贴:贴片头吸嘴采用真空拾取元件。
真空检测器检测到真空后就表示元器件已经被拾取。但是,如果吸嘴被杂质堵住,贴片头内也会形成真空,这时真空检测器也会显示元器件被拾取,但实际并没有拾取元器件,那造成漏贴。
 
■ 元器件错贴:贴片机将元器件贴错位置。元器件错贴很可能是喂料器的位置装错了,或者是在编写贴装程序时将元器件数据填错了,或者程序设定与喂料器不匹配。
 
■ IPC标准将电子产品分级
为1级、2级、3级三个级别,级别越高,性能要求更高,其接受条件也越严格。
(1)1级:通用类电子产品(民用类)
(2)2级:专用服务类电子产品(工业、商用类)
(3)3级:高性能电子产品(医用、军用、航天类)   
 
■ IPC标准规定的各级产品的四级质量验收条件:目标条件、可接收条件、缺陷条件、过程警示条件。
目标条件(又称“理想”条件):是指近乎完美的理想情况。
可接收条件(又称“合格”条件):它是指组件在使用环境下能保证完整、可靠地运行(但不如目标条件完美)。它是保证产品质量的必须的质量验收条件。
缺陷条件(又称“拒收”条件):是指组件在使用环境下其完整、安装或功能上无法满足要求,缺陷条件应该是该级产品拒收或不合格的条件。这类产品应该进行返工修理、报废或“照章处理” 。
过程警告条件(又称“改善性合格”条件):是指虽没有影响到产品的完整、安装和功能,但存在不符合要求条件(非拒收)的一种情况。
IPC-A-610D中说明:除非被认定对最终用户所规定的产品完整、安装和功能产生影响,拒收条件和过程警告条件以外那些未涉及的情况均被认为可接收。
 
作为“缺陷条件”和“过程警告条件”的电子产品,一般应该拒收。
 
但只要经过返工、返修或“照章处理”,或者有效地持续采取改进措施后,这些产品可以成为在使用环境下其完整、安装或功能上满足要求的“改善性合格”(或降级)的产品,作为满足最终产品的最低要求条件而接收,不应该列入拒收的范围。
 
■ 电子贴装焊接质量检测方法:目视检测、自动检测常用的焊点质量自动检测:自动光学检测(AOI)与自动X光检测(AXI)
 
■ 焊点检测有以下两大原则:
①全检原则:采用目视或仪器检验,检验率应达到l00%。
②非破坏性原则:除对焊点进行抽检外,不推荐采用易于损坏焊点的检验评定方法,以降低检测成本。
 
■ AOI检测组成:AOI由光学部分和图像处理部分组成
光学部分作用:获得需要检测焊点的图像。光学部分包括CCD相机、镜头、光源(大多采用LED光源)、采集卡以及运动平台等,来分析、处理和判断是否存在各种焊接缺陷。
AXl与AOI相比,其最大的优势在于--可以检测焊点的内在缺陷、BGA等器件隐藏焊点。
 
■ 常见的波峰焊工艺问题有:不润湿/半润湿、锡球、受扰动焊点、冷焊、拉尖、桥接、虚焊。
 
■ 再流焊缺陷主要分为两大类:一类与冶金现象有关,包括冷焊、半润湿、不润湿、过多的金属间化合物;另一类与异常的焊点有关,包括焊料量不足、桥接、锡球、锡珠、偏移、芯吸、空洞、立碑等。
 
■ 无铅焊接缺陷:锡裂、焊点剥离、“黑盘”(Black Pad)、空洞大大增加
 
■ 清洗质量:在PCB焊接之后,驻留各种残留物,最典型最主要的残留物是白斑和炭化残留物,它们主要来源于助焊剂。
 
■ 白斑的主要成分:助焊剂的残留物或其它材料与助焊剂反应的产生物。减少白斑方法:关键是控制助焊剂
 
■ 碳化残留物由过热引起,碳化意味着过热与氧化,助焊剂膜越薄,越易产生过热与氧化。解决方法:从产生“过热”的根源来看,有两种途径解决该问题:一是避免过热; 二是让相关材料(主要是助焊剂与阻焊膜)能抗热。
 
■ PCBA的清洗质量检测方法
1.离子污染物测试方法:(1)萃取溶液电阻率测试法、(2)离子色谱测试法
2.助焊剂残留物测试法
3.表面绝缘电阻测试法

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